(57)【要約】【課題】  高出力のレーザ光、特に深紫外光を照射しても破損することがない、新規な偏光ビームスプリッタを提供する。【解決手段】  ＫＡＢ結晶１の光学軸と光線の入射方向とはξ＝28.6°ずれている。そのため、Ｓ偏光は直進するが、Ｐ偏光はθ＝4.414°傾いた方向に進行し、Ｐ偏光とＳ偏光が分離される。ＫＡＢ結晶１の第１の面１ａと第２の面１ｂとは、φｓ＝34.5°の傾きをなしているので、Ｓ偏光は第２の面１ｂにφｓ＝34.5°の角度で入射することになり、第２の面１ｂで全反射される。一方、Ｐ偏光は第２の面１ｂにφｐ＝31.5°で入射することになり、この角度がブリュースタ角になるので、第２の面１ｂで反射されることなく第２の面１ｂを透過し、屈折を受けてχｐ＝58.5°の角度で出射する。【選択図】  図１
2005326522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｋ２Al２Ｂ２Ｏ７（ＫＡＢ）結晶からなる偏光ビームスプリッタであって、光線が入射する第１の面と、入射して前記ＫＡＢ結晶中を進行した光が到達する第２の面のなす角度、及び前記ＫＡＢ結晶の光学軸方向の関係が、前記第１の面に入射した光線のうち、前記第２の面に対するＰ偏光とＳ偏光のいずれか一方が前記第２の面で全反射し、他方が前記第２の面を透過するように選定されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項２】
前記第２の面を透過する光がＰ偏光であり、かつ、前記第２の面にブリュースター角で入射するように、前記第１の面と第２の面のなす角度、及び前記ＫＡＢ結晶の光学軸方向の関係が選定されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】
前記第２の面で全反射した光が、前記ＫＡＢ結晶の第３の面を透過して外部に射出するように、第３の面が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のＫＡＢ結晶（第１のＫＡＢ結晶という）を有すると共に、別のＫＡＢ結晶（第２のＫＡＢ結晶という）を有し、前記第１の結晶の前記第１の面と、前記第２の結晶の第１の面、及び前記第１の結晶の前記第２の面と、前記第２の結晶の第２の面がそれぞれ平行とされ、かつ、前記第１の結晶の光学軸の方向と前記第２の結晶の光学軸の方向が一致し、更に、前記第１の結晶の前記第２の面と、前記第２の結晶の第２の面は、間隔を開けて対面しており、当該間隔の空間は、ＫＡＢ結晶より小さい屈折率の媒質で満たされていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項５】
波長変換器によって波長変換された後の光束を、その波長に応じて分離する光分離装置であって、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする光分離装置。
【請求項６】
入射する光の波長のうち最短の波長が、210nm以下であることを特徴とする請求項５に記載の光分離装置。
【請求項７】
半導体レーザからのレーザ光を波長変換結晶を使用して短波長の光に変換して出力する波長変換回路を有するレーザ装置であって、請求項５又は請求項６に記載の光分離装置を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載のレーザ装置と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成されることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求の範囲第７項に記載のレーザ装置と、所定のパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、前記パターンの投影像を検出する検出器と、前記レーザ装置から出射される紫外光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されて、通過した照明光を前記検出器に投影させる投影光学系とを有することを特徴とするマスク欠陥検査装置。
【請求項１０】
高分子結晶を加工する高分子結晶の加工装置であって、請求項７に記載のレーザ装置と、当該レーザ装置から放出されるレーザ光を、被加工物である高分子結晶に導き、当該高分子結晶の被加工場所に集光させる光学系と、前記光学系と前記高分子結晶の相対位置を変化させる機構を有することを特徴とする高分子結晶の加工装置。
【請求項１１】
前記レーザ光が集光される位置を、前記高分子結晶と同時に観測する観測装置、又は測定する測定装置を有することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の高分子結晶の加工装置。
【請求項１２】
前記観測装置、又は測定装置が可視光を用いた光学的観測装置又は光学的測定装置であり、これら観測装置、測定装置は、前記光学系と機械的に固定された関係にあり、前記観測装置、測定装置の基準点と、前記レーザ光が集光される位置が一致しており、前記観測装置、測定装置の基準点位置を観測又は測定することにより、間接的に、前記レーザ光が集光される位置を観測又は測定する機能を有することを特徴とする請求項１１に記載の高分子結晶の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｋ２Al２Ｂ２Ｏ７（ＫＡＢ）結晶からなる偏光ビームスプリッタ、それを利用した光分離装置、露光装置、レーザ装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光は近年種々の用途に用いられる。そのなかで深紫外の波長域（波長210nm以下の光）のレーザ光は、フォトリソグラフィー装置、検査用機器や分光器基準などの半導体関連機器、及び角膜治療などの医療用光源として重要である。これらのレーザ光を使用する上で、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、重要な光学部品である。
【０００３】
【特許文献１】再公表公報ＷＯ００／０８５２４号
【特許文献２】国際公開公報ＷＯ０２／０７１１４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＰＢＳは、主として誘電体多層膜で構成されているが、高出力のレーザ光を照射すると、誘電体多層膜が損傷し使えなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高出力のレーザ光、特に深紫外光を照射しても対しても高効率で損傷に強い、新規な偏光ビームスプリッタ、これを使用した光分離装置、露光装置、レーザ装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、Ｋ２Al２Ｂ２Ｏ７（ＫＡＢ）結晶からなる偏光ビームスプリッタであって、光線が入射する第１の面と、入射して前記ＫＡＢ結晶中を進行した光が到達する第２の面のなす角度、及び前記ＫＡＢ結晶の光学軸方向の関係が、前記第１の面に入射した光線のうち、前記第２の面に対するＰ偏光とＳ偏光のいずれか一方が前記第２の面で全反射し、他方が前記第２の面を透過するように選定されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ（請求項１）である。
【０００７】
ＫＡＢ結晶とその製造方法は、再公表公報ＷＯ００／０８５２４号に記載され公知のものとなっている。ＫＡＢ結晶の吸収端は185nm以下であり、210nm以下の波長の光に対して透明である。又、複屈折率は0.07と大きいため、波長変換素子として使用することが提案されている。
【０００８】
本手段においては、ＫＡＢ結晶の複屈折率が大きいことを利用して偏光ビームスプリッタを構成している。則ち、光線が入射する第１の面と、入射して前記ＫＡＢ結晶中を進行した光が到達する第２の面のなす角度、及びＫＡＢ結晶の光学軸方向の関係が、第１の面に入射した光線のうち、第２の面に対するＰ偏光とＳ偏光のいずれか一方が第２の面で全反射し、他方が前記第２の面を透過するように選定されているので、第１の面に入射した光のうち、Ｐ偏光とＳ偏光とは、ＫＡＢ結晶内で進行方向を異にし、一方は第２の面を透過するが、他方は第２の面で全反射される。
【０００９】
よって、Ｐ偏光とＳ偏光を分離することができ、かつ、全反射を利用しているので高い消光比が得られる。更に、従来の多層膜を使用した偏光ビームスプリッタと異なり、高出力のレーザ光、特に深紫外光を照射しても、損傷しにくく、耐性が高い。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記第２の面を透過する光がＰ偏光であり、かつ、前記第２の面にブリュースター角で入射するように、前記第１の面と第２の面のなす角度、及び前記ＫＡＢ結晶の光学軸方向の関係が選定されていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１１】
本手段においては、Ｐ偏光が第２の面にブリュースター角で入射するので、Ｓ偏光は第２の面で全反射され、Ｐ偏光は反射されずに第２の面を透過する。よって、第２の面で反射されたＰ偏光が迷光となって消光比を低下させる可能性を少なくすることができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記第２の面で全反射した光が、前記ＫＡＢ結晶の第３の面を透過して外部に射出するように、第３の面が設けられていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１３】
本手段においては、第２の面で全反射した光を、第３の面から取り出すことができる。第３の面に入射する光は、第３の面に垂直に出射するような角度、又はＰ偏光の場合ブリュースター角で第３の面に入射するようにしておくことが好ましい。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかのＫＡＢ結晶（第１のＫＡＢ結晶という）を有すると共に、別のＫＡＢ結晶（第２のＫＡＢ結晶という）を有し、前記第１の結晶の前記第１の面と、前記第２の結晶の第１の面、及び前記第１の結晶の前記第２の面と、前記第２の結晶の第２の面がそれぞれ平行とされ、かつ、前記第１の結晶の光学軸の方向と前記第２の結晶の光学軸の方向が一致し、更に、前記第１の結晶の前記第２の面と、前記第２の結晶の第２の面は、間隔を開けて対面しており、当該間隔の空間は、ＫＡＢ結晶より小さい屈折率の媒質で満たされていることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１５】
本手段においては、第１の結晶の第２の面を透過した光は、第２の結晶の第２の面に入射し、第２の結晶の第１の面から放出されるが、その際、その放出方向が、第１の結晶に入射した方向と同一になる。
【００１６】
前記課題を解決するための第５の手段は、波長変換器によって波長変換された後の光束を、その波長に応じて分離する光分離装置であって、前記第１の手段から第４の手段のいずれかである偏光ビームスプリッタからなることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１７】
波長変換器は、２種類の周波数の光が入射した場合、その和の周波数を持った光を放出するものであるが、変換されなかった原周波数の光も含まれる。なお、一つの光のみが入射した場合には、その周波数の倍の周波数の光を放出するが、原周波数の光も含まれる。よって、波長変換光学系においては、変換後の光と元となった光を分離する必要がしばしば生じる。その際、元となった光と変換後の光は、一方がＰ偏光であれば他方がＳ偏光となることが多いので、本手段により分離することが可能となる。本手段は、入射する光の波長のうち最短の波長が、210nm以下である場合でも、従来の多層膜を使用した偏光ビームスプリッタよりも耐性が高い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高出力のレーザ光、特に深紫外光に対しても高効率で損傷に強い、新規な偏光ビームスプリッタ、これを使用した光分離装置、露光装置、レーザ装置、マスク検査装置、及び高分子結晶の加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。以下の図においては、光分離面に対するＰ偏光を実線で、Ｓ偏光を破線で表すことにする。図１は、本発明の第１の実施の形態である偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部拡大図である。このＰＢＳは、２つの三角柱状のＫＡＢ結晶１、２を図のように組み合わせてできている。ＫＡＢ結晶１とＫＡＢ結晶２との間には、空気層３が設けられている。
【００２０】
入射する光（この場合、波長193nm）は、ＫＡＢ結晶１の第１の面１ａに垂直に入射する。この波長の光に対するＫＡＢ結晶の常方向の屈折率ｎ０は1.765であり、異常方向の屈折率は1.634である。ＫＡＢ結晶１の光学軸と光線の入射方向とはξ＝28.6°ずれている。そのため、Ｓ偏光は直進するが、Ｐ偏光はθ＝4.414°傾いた方向に進行し、Ｐ偏光とＳ偏光が分離される。
【００２１】
ＫＡＢ結晶１の第１の面１ａと第２の面１ｂとは、φｓ＝34.5°の傾きをなしているので、Ｓ偏光は第２の面１ｂにφｓ＝34.5°の角度で入射することになり、第２の面１ｂで全反射される。
【００２２】
一方、Ｐ偏光は第２の面１ｂにφｐ＝31.5°で入射することになり、この角度がブリュースタ角になるので、第２の面１ｂで反射されることなく第２の面１ｂを透過し、屈折を受けてχｐ＝58.5°の角度で出射する。
【００２３】
ＫＡＢ結晶２は、ＫＡＢ結晶１を紙面内で180°回転させた形状と光学軸方向を有しており、その第２の面２ｂはＫＡＢ結晶１の第２の面１ｂと平行とされている。よって、ＫＡＢ結晶１を出射したＰ偏光は、ブリュースタ角で第２の面２ｂを透過し、第２の面２ｂで屈折されてφｐ＝31.5°でＫＡＢ結晶２内に入射する。ＫＡＢ結晶１の第１の面１ａとＫＡＢ結晶２の第１の面２ａは平行とされているので、この光は第１の面２ａで屈折を受けて、ＫＡＢ結晶１に入射した方向と平行な方向に出射する。一方、ＫＡＢ結晶１の第１の面１ａで全反射されたＳ偏光は、ＫＡＢ結晶１の第３の面１ｃを透過するが、第３の面１ｃは、このＳ偏光の進行方向に対して垂直な面とされている。
【００２４】
この実施の形態においては、Ｓ偏光を全反射を利用して反射させる一方、Ｐ偏光はブリュースタ角で入射させることにより反射を防止しているので、高い消光比のＰＢＳとすることができる。
【００２５】
なお、ＫＡＢ結晶２は、Ｐ偏光の進行方向を、ＫＡＢ結晶１への入射方向に一致させるための役割を果たしているものであり、ＰＢＳとして使用するためには、ＫＡＢ結晶１のみでもその役割を果たすことができる。又、ＫＡＢ結晶１とＫＡＢ結晶２との間に、空気層３を介在させているが、特に空気である必要はなく、窒素やその他ＫＡＢより屈折率が低く、Ｓ偏光を全反射させるものであればよい。又、Ｐ偏光はＫＡＢ結晶１の第１の面１ａに対してブリュースタ角で入射させることが好ましいが、第１の面１ａで反射された光が迷光となってＳ偏光に交じることがなければ、必ずしもブリュースタ角で入射させる必要はない。
【００２６】
なお、この実施の形態においては、Ｓ偏光を全反射させ、Ｐ偏光を透過させるようにＫＡＢ結晶１の形状と光学軸の方向を選んでいるが、逆にＰ偏光を全反射させ、Ｓ偏光を透過させるような設計も考えられる。しかし、このような設計は、ブリュースタ角を利用して無反射で界面を透過させることができないので、その分だけ好ましいものではない。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施の形態である光分離装置を示す図である。図２において、４は波長変換結晶であり、入射するＰ偏光の基本波６をその２倍波７に変換するものである。５は、図１に示したＰＢＳからなる光分離装置である。
【００２８】
Ｐ偏光の基本波６が波長変換結晶４に入射するとその一部が２倍波７に変換され、残りが基本波６のまま通過する。このとき、２倍波７はＳ偏光に変換され基本波６はＰ偏光のままであるので、ＰＢＳによる光分離が可能である。則ち、光分離装置５に入射した光のうち基本波６は光分離装置５を透過し、２倍波７は光分離面で反射されるので、両者を分離することができる。なお、図２において、波長変換結晶４を出射した基本波６と２倍波７を分けて図示しているが、これは図示の都合上そうしているだけであり、実際には波長変換結晶４から光分離装置５までの間では、基本波６と２倍波７とは同じ光路をたどる。この光分離装置は、基本波の波長が210nm以下の場合、又は２倍波の波長が210nm以下の場合に、損傷が少ないという点において、特に好ましい。
【００２９】
図３は、本発明の第３の実施の形態である光分離装置を示す図である。図３において８は波長変換結晶であり、入射するＰ偏光の周波数がω１の光９と周波数１０がω２の光を、その和の周波数を有する光１１に変換するものである。光９と光１０がＰ偏光である場合、光１１はＳ偏光となるので、図１に示したＰＢＳよりなる光分離装置５により、光１１を元の光９、１０より分離できる。この光分離装置５は、少なくとも光１１の波長が210nm以下である場合に、損傷が少ないという点において、特に好ましい。
【００３０】
図４は、本発明の第４の実施の形態である光分離装置を示す図である。この光分離装置の基本的な構成は図３に示したものと同じであるが、プリズム１２とアパーチャ１３が設けられており、光９、１０、１１を全て分離する機能を有することが異なっている。このような光分離装置は、波長変換結晶８に入射する光９と１０の波長が大きく異なっており、合成された光１１と８に入射する光９の波長があまり異ならない場合に有効なものである。
【００３１】
則ち、波長変換結晶８から出射する光のうち、光１０は、他の光と波長が大きく異なるため、プリズム１２で方向を変えられ、アパーチャ１３によって遮られる。光９と１１は、プリズム１２ではほとんど進行方向の変化を受けないが、図３の説明において説明したように、光分離装置５によって分離される。
【００３２】
図３、図４に示すような光分離装置は、例えば国際公開公報ＷＯ０２／０７１１４３号に示すような、波長が1547nmのＤＦＢ半導体レーザから、その８倍波である波長が193nmの光を得るような光学系において特に有効である。この光学系においては、基本波（波長1547nm）から、その７倍波を作り出し、それと基本波を合成して８倍波を作り出している。
【００３３】
従って、８倍波を合成する波長変換結晶の出力には、８倍波と共に、基本波と７倍波が含まれることになる。このうち基本波と７倍波をＰ偏光としておけば、８倍波はＳ偏光となるので、図３、図４に示すような光分離装置により８倍波のみを取り出すことができる。
【００３４】
このようなレーザ装置の例を図５〜図８により説明する。図５は、本発明の第５の実施の形態であるレーザ装置であり、固体レーザから放出されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図を示す図である。すなわち、このレーザ装置は、基本波発生部２１、波長変換部２２から構成されている。
【００３５】
図６は基本波発生部２１の概略構成を示す図である。
基本波を発生するレーザ光源は、Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器を用いており、主に基準光源部２３、ＥＤＦ部２４、励起用光源部２５から構成される。基準光源部２３の基準光源となるＤＦＢからは波長1547ｎｍのパルス光が出力され、ＥＤＦ部２４により増幅される。ＥＤＦ部２４はＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦから構成され、それぞれに励起用光源２５ａ、２５ｂ、２５ｃから励起光が供給される。ＥＤＦ３からの出力光が後に説明する波長変換部に入力される。
【００３６】
図７は波長変換部２２の概略構成を示す図である。波長変換部２２は基本波発生部２１から出力される波長1547nmのレーザ光の波長変換を行う。波長変換部２２には、複数の波長変換手段、すなわち、２倍波発生部２６、３倍波発生部２７、４倍波発生部２８、７倍波発生部２９、８倍波発生部３０の各高調波発生部が設けられ、それぞれの高調波発生部間に、高調波を次の高調波発生部へ伝播させるための光学素子が配置されている。
【００３７】
この実施の形態では、各高調波発生部とも非線形光学結晶を用いている。具体的には、２倍波発生部２６、３倍波発生部２７、４倍波発生部２８にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、７倍波発生部２９にはβ−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）結晶を、８倍波発生部３０にはＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（ＣＬＢＯ）結晶を用いている。これら、２倍波発生部２６、３倍波発生部２７、４倍波発生部２８、７倍波発生部２９、８倍波発生部３０は、それぞれ波長773nm、516nm、387nm、221nm、193nmの光を発生する。
【００３８】
すなわち、入射した波長1547nmのレーザ光は、レンズＬ１により集光されて２倍波発生部２６に入射する。２倍波発生部２６からは、この基本波と共に、２倍の周波数の光（２倍波）が出力される。これらの光は、レンズＬ２により集光されて３倍波発生部２７に入って合成され、基本波、２倍波と共に、基本波の３倍の周波数（３倍波）が出力される。このうち、３倍波は、ダイクロイックミラーＭ１により反射され、レンズＬ３、Ｌ４を介して反射ミラーＭ２で反射された後、ダイクロイックミラーＭ３を通過して、後に述べる基本波の４倍の周波数を持つ光（４倍波）と合成される。レンズＬ３、Ｌ４は、３倍波を７倍波発生部２９に集光するようになっている。
【００３９】
ダイクロイックミラーＭ１を通過した基本波と２倍波のうち、２倍波は、ダイクロイックミラーＭ４で反射され、レンズＬ５により集光されて４倍波発生部２８に入射する。そして、４倍波発生部２８からは、２倍波と共に４倍波が出力される。
【００４０】
４倍波発生部２８内でウォークオフが生じるため、４倍波は楕円形となるので、２つのシリンドリカルレンズ３１ａ、３１ｂを組み合わせて、ほぼ円形に成形する１つのレンズ作用を持たせた光学素子として使用している。すなわち、この光学素子は、変換効率を最適にするために、４倍波発生部２８から出力される楕円形の４倍波を、７倍波発生部２９にほぼ円形で集光するようになっている。即ち、４倍波は、ダイクロイックミラーＭ３で反射され、前述の３倍波と合成されて７倍波発生部２９に入力される。よって、７倍波発生部２９からは３倍波、４倍波と共に、基本波の７倍の周波数を持つ光（７倍波）が出力される。
【００４１】
これらの光は、本発明の実施の形態である、２つのシリンドリカルレンズ３２ａ、３２ｂを組み合わせて１つのレンズ作用を持たせた光学素子を介して、ダイクロイックミラーＭ５に入力され、７倍波のみが反射されて８倍波発生部３０に入力される。２つのシリンドリカルレンズ３２ａ、３２ｂを組み合わせた光学素子は、この７倍波を８倍波発生部３０に集光させるようになっている。
【００４２】
ダイクロイックミラーＭ４を透過した基本波は、反射ミラーＭ６、Ｍ７、Ｍ８と、レンズＬ６、Ｌ７からなる光学系と、ダイクロイックミラーＭ５を通過し、レンズＬ６、Ｌ７の働きにより、８倍波発生部３０に集光される。よって、８倍波発生部３０には基本波と７倍波が入力されることになり、基本波と７倍波の他に、基本波の８倍の周波数を持つ光（８倍波）が出力される。
【００４３】
このようにして発生した８倍波に混合している７倍波と基本波を分離するために、図３、図４に示した光分離装置を、８倍波発生部３０の出力側に設ける。
【００４４】
次に、上述した基本波発生部２１と波長変換部２２とから構成されたレーザ装置２０（以下「レーザ装置」という）を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィエ程で使用される露光装置１００について、図８を参照して説明する。光リソグラフィエ程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、露光対象物たる半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
【００４５】
この露光装置１００においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体、ウエハ１１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系１０４によりフォトマスク１１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。
【００４６】
なお、露光装置における照射光量の制御は、例えば基準光源部２３におけるパルス周波数制御、励起用光源部２５における励起光の出力制御等により容易に行うことができる。また、レーザ光のON-OFF制御は、基準光源部２３におけるＤＦＢ半導体レーザをON-OFF制御することにより行えるほか、光路上のいずれかに電気光学変調素子や音響光学変調素子等の変調素子を配設し、あるいはメカニカルシャッタを配設するなどにより容易に行うことができる。従って、上記のような露光装置によれば、小型軽量で配置の自由度が高い紫外光源の特性を生かして小型でメンテナンス性、操作性の良好な露光装置を得ることができる。
【００４７】
次に、以上説明した本発明に係るレーザ装置２０を用いて構成されるマスク欠陥検査装置について、図９を参照して以下に説明する。マスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ(Time Delay and Integration)上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較し、その差からパターンの欠陥を抽出する。マスク欠陥検査装置１２０は、上述したレーザ装置２０と、照明光学系１１２と、フォトマスク１１０を支持するマスク支持台１１３と、マスク支持台を水平移動させる駆動装置１１６と、投影光学系１１４と、ＴＤＩセンサ１２５とを備えて構成される。このマスク欠陥検査装置１２０においては、上述したレーザ装置２０から出力されるレーザ光が、複数のレンズから構成される照明光学系１１２に入力され、ここを通ってマスク支持台１１３に支持されたフォトマスク１１０の所定領域に照射される。このように照射されてフオトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１１４を介してＴＤＩセンサ１２５の所定の位置に結像される。なお、マスク支持台１１３の水平移動速度と、ＴＤＩ１２５の転送クロックとは同期している。
【００４８】
図１０は本発明のレーザ装置２０を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。レーザ装置２０から放出された紫外短パルスレーザ光１３９は、シャッタ１３２、強度調整素子１３３、照射位置制御機構１３４、集光光学系１３５を介してき試料容器１３６中に入れられた高分子結晶１３８に集光照射される。試料容器１３６は、ステージ１３７に搭載され、光軸方向をｚ軸として、ｘ−ｙ−ｚ直交座標系でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向の移動が可能とされていると共に、ｚ軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶１３８の表面に集光照射されたレーザ光により、高分子結品の加工が行われる。
【００４９】
ところで、高分子結晶である被加工物を加工する場合、レーザ光が被加工物の何処に照射されているかを確認する必要がある。しかし、レーザ光は、通常可視光でないことが多く、目視することができないので、光学顕微鏡と組み合わせて使用することが好ましい。
【００５０】
その例を図１１に示す。(a)に示す光学系においては、紫外短パルスレーザシステム１４１(図１０の符号２０、１３２〜１３４に対応)からのレーザ光を、集光光学系１３５を介して所定の点に集光する。ステージ１３７は図１２において説明したような機能を有しており、高分子結晶１３８の入った試料容器１３６がステージ１３７上に載置されている。照明光源１４２からの可視光は、反射光１４３で反射され、試料容器１３６をケーラー照明する。高分子結晶１３８は、光学顕微鏡の対物レンズ１４４、接眼レンズ１４５を介して眼１４６により目視される。
【００５１】
光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置（合焦位置、すなわち目視したときピントが合う物面）は固定とされている。集光光学系１３５により集光されたレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ１３７上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、レーザシステム１４１からのレーザ光が集光されるようになっている。なお、レーザシステム１４１、集光光学系１３５、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ１３７のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。
【００５２】
よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ１３７を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及ぴ所望の形状の加工を行うことができる。もし、自動的に加工を行わせたいのであれば、光学顕微鏡に自動焦点調整装置をつけてステージ１３７をその指令により駆動すると共に、ステージ１３７の予め定められた所定部分が光学顕微鏡の光軸になるように、ステージ１３７を駆動するようにすればよい。または、初めに基準となる位置を合わせた後、サーボ機構によりステージ１３７を2次元又は３次元に駆動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である光分離装置を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である光分離装置を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態である光分離装置を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態であるレーザ装置の概要を示す図である。
【図６】基本波発生部の概略構成を示す図である。
【図７】波長変換部の概略構成を示す図である。
【図８】半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィエ程で使用される露光装置の概要を示す図である。
【図９】レーザ装置を用いて構成されるマスク欠陥検査装置の概要を示す図である。
【図１０】レーザ装置を用いて構成される高分子結晶の加工装置の概要図である。
【図１１】光学顕微鏡と組み合わせて使用される高分子結晶の加工装置の概要図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…ＫＡＢ結晶、１ａ…第１の面、１ｂ…第２の面、１ｃ…第３の面、２…ＫＡＢ結晶、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、３…空気層、４…波長変換結晶、５…光分離装置、６…基本波、７…２倍波、８…波長変換結晶、９…光、１０…光、１１…光、１２…プリズム、１３…アパーチャ、２０…レーザ装置、２１…基本波発生部、２２…波長変換部、２３…基準光源部、２４…ＥＤＦ部、２５…励起用光源部、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…励起用光源、２６…２倍波発生部、２７…３倍波発生部、２８…４倍波発生部、２９…７倍波発生部、３０…８倍波発生部、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ…シリンドリカルレンズ、
【図１】
2005326522.tif 000003
【図２】
2005326522.tif 000004
【図３】
2005326522.tif 000005
【図４】
2005326522.tif 000006
【図５】
2005326522.tif 000007
【図６】
2005326522.tif 000008
【図７】
2005326522.tif 000009
【図８】
2005326522.tif 000010
【図９】
2005326522.tif 000011
【図１０】
2005326522.tif 000012
【図１１】
2005326522.tif 000013